Highly porous geopolymer components

The geopolymers, semi-crystalline three-dimensional silico-aluminate inorganic polymers, have attracted increasing attention from a wide range of scientific interests. The topic of this study deals with the synthesis, the characterization and the potential applications of porous geopolymers (PGs) or geopolymer foams (GFs, total porosity > 70 vol%), realized through different processing routes. Firstly, the processes are divided into five categories: (i) direct foaming, (ii) replica method, (iii) sacrificial template, (iv) the 3D printing, and (v) others. The microstructure, porosity, and properties of porous geopolymers also compared and discussed. Secondly, K-based porous geopolymers were produced by direct foaming using hydrogen peroxide as chemical pore-forming agent (PFA) combined with three types of stabilizing agent (SA, egg white, Tween 80, vegetable oils), and by direct foaming plus reactive emulsion templating. Furthermore, open-celled phosphate-based porous geopolymers were obtained by a simple direct foaming method (using Triton X-100 as physical pore-forming agent). The porosity, pore morphology, high temperature performance, adsorption, mechanical, and insulating properties of PGs were investigated. High strength PGs with tailored porosity and controlled macro-porous structure were fabricated by different processes. The results suggest that the porous geopolymers are promising low-cost highly porous candidates for potential applications such as catalyst or membrane supports (high open porosity and high strength), adsorption (high removal efficiency and adsorption capacity with high open porosity) and insulating (low thermal conductivity, high porosity, and acceptable strength) materials.

I geopolimeri, polimeri inorganici silicoalluminati tridimensionali semi-cristallini, hanno attirato crescente attenzione da una vasta gamma di interessi scientifici. L'argomento di questo studio riguarda la sintesi, la caratterizzazione e le potenziali applicazioni di geopolimeri porosi (PG) o schiume di geopolimeri (GF, porosità totale> 70% vol), realizzati attraverso diversi percorsi di lavorazione. In primo luogo, i processi sono suddivisi in cinque categorie: (i) schiumatura diretta, (ii) metodo di replica, (iii) modello sacrificale, (iv) stampa 3D e (v) altri. Anche la microstruttura, la porosità e le proprietà dei geopolimeri porosi sono state confrontate e discusse. In secondo luogo, i geopolimeri porosi basati su K sono stati prodotti mediante schiumatura diretta utilizzando perossido di idrogeno come agente chimico di formazione dei pori (PFA) combinato con tre tipi di agente stabilizzante (SA, bianco d'uovo, Tween 80, oli vegetali) e mediante schiumatura diretta più reattivo emulsione che modella. Inoltre, geopolimeri porosi a base di fosfato a cellule aperte sono stati ottenuti con un semplice metodo di schiumatura diretta (usando Triton X-100 come agente fisico di formazione dei pori). Sono state studiate la porosità, la morfologia dei pori, le prestazioni ad alte temperature, l'adsorbimento, le proprietà meccaniche e isolanti delle PG. I PG ad alta resistenza con porosità adattata e struttura macroporosa controllata sono stati fabbricati con diversi processi. I risultati suggeriscono che i geopolimeri porosi promettono candidati altamente porosi a basso costo per potenziali applicazioni come catalizzatori o supporti a membrana (elevata porosità aperta e alta resistenza), adsorbimento (alta efficienza di rimozione e capacità di adsorbimento con elevata porosità aperta) e isolanti (basso materiali di conducibilità termica, elevata porosità e resistenza accettabile).